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铜-康铜热电偶在大体积混凝土温度监测中的应用
点击次数:656 发布时间:2016-04-13

1、铜 - 康铜热电偶简介
1.1 热电偶测温的基本原理
热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路, 当两端存在温度梯度时, 回路中就会有电流通过, 此时两端之间就存在电动势—— — 热电动势, 这就是所谓的塞贝克效应Seebeck effect ) 。两种不同成份的均质导体为热电极, 温度较高的一端为工作端, 温度较低的一端为自由端, 自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的, 不同的热电偶具有不同的分度表。
1.2 冷端补偿方式
热电偶产生与温差成比例关系的热电动势, 当测温接点与冷端温度相同时, 热电动势为 0, 这样就无法知道准确的温度了, 因此需要采用某种方法为其提供一个基准接点, 以便产生与温度成比例的电压。提供基准节点的方法叫冷端补偿。现在工程实例一般采用 2 种冷端补偿方式: ①在保温瓶中装入冰水混合物, 使其温度长期保持在 0℃, 并以 0℃为基准点; ②在热电动势加上一个与冷端温度相当的电压, 一般采用集成电路和微型组件来实现。
1.3 补偿线
当热电偶与数据采集仪器距离较远的时候, 应把热电偶本身拉长, 但为了节约成本, 保护线路不被破坏, 一般采用补偿线来代替热电偶的方法。因工地现场情况复杂, 为了防止各种信号的干扰, 补偿线一般采用屏蔽电缆。
2、铜 - 康铜热电偶预处理与标定
2.1 铜 - 康铜热电偶预埋前的处理
铜 - 康铜热电偶的接头需要进行绝缘、 防水处理。接头处的绝缘材料必须具备良好的导热性能和韧性, 在埋入混凝土后应不易熔化、 脆裂、 破损。否则容易形成接头和混凝土、钢筋、 水等的连通, 影响热电偶的测量精度, 造成监测数据的失真。热电偶经防水、 绝缘处理后, 在水下 1m 深处浸泡 24h不损坏方能使用。然后用钢套管对热电偶进行保护, 以确保在监测过程中热电偶接头牢固不跑位。
2.2 测点的埋设方式
处理后的热电偶, 装入空心钢管中进行保护, 测点露出,钢管在混凝土浇筑前插入钢筋层, 钢管上测点位置距离及插入深度如图 1 所示。

2.3 铜 - 康铜热电偶的标定
热电偶的温差电势主要取决于所选用的材料和两个端点的温度, 而材料中所含的杂质和生产工艺过程也会对它产生一定的影响。因而, 即使都是由同样的两种材料组成的热电偶,它们的温差电动势与温度的关系也可能有差别。 所以不同批次的热电偶, 必须标定后方能进行使用。
热电偶温度为 y(℃), 采集的电势信号为 x(μV), 其标定曲线如图 2 所示。通过 “zui小二乘法” 进行曲线拟合, 拟合次数为 “6” , 其标定公式如下:

y=- 6.9874453260E- 20x 6 +7.5892721203E- 16x 5 -3.1222254073E- 12x 4 +6.0388663561E- 09x 3 - 5.9650931800E- 06x 2 +2.7362811582E- 02x+0.
3、在大体积混凝土温度监测中的应用
3.1 工程介绍
某高层建筑地下室面积约为 180m 2 ,混凝土设计强度等级为 C35。基础承台高度 3.5m, 浇筑方式采用商品混凝土,泵送供应, 分层连续浇筑, 机械振捣。施工期间, 采用 ADAM测温系统对该工程的水化热温度进行监测。

3.2 测温杆件的布置
在该工程的基础承台范围内竖直埋设 6 根测杆 (编号A~F, 见图 3), 每根测杆沿承台厚度设置 5 个测点(见图3);另外设置气温测点 2 个分别测量室内外温度,保温层测点 4个, 以上共计36个工作测点, 每个工作测点处均设有备用测点。
3.3 监测结果
施工期间, 采用远距离自动监测技术, 温度信号采集及监测报表打印均由微机系统自动完成。监测期间每天 24h 每分钟不间断巡回监测, 每小时整点打印温度监测报表。该楼的监测过程持续 12d, 测杆 A~F 的监测数据见表 1, 测杆 B各测点的温度变化曲线见图 4。

通过铜 - 康铜热电偶在大体积混凝土温度监测中的实例应用,铜 - 康铜热电偶在处理后埋设在混凝土中, 温度测量过程中没有出现大的波动, 温度偏差在允许范围内, 能在复杂多变的施工现场中不受干扰, 并且价格低廉, 取材方便,可以在大体积混凝土温度监控中广泛应用。

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